Megoldás a kozmológia egyik nagy titkára

A Bonni és a St Andrews-i Egyetem által végzett tanulmány egy lehetséges új magyarázatot javasol a Hubble idegességre.

Az univerzum tágul. Hogy ez milyen gyors, azt az úgynevezett Hubble-Lameter állandó írja le. Ennek az állandónak a valódi méretét illetően azonban nézeteltérés van: a különböző mérési módszerek egymásnak ellentmondó értékeket adnak. Ez az úgynevezett „Hubble-feszültség” rejtélyt jelent a kozmológusok számára. A Bonni és a St Andrews-i Egyetem kutatói most egy új megoldást javasolnak: egy alternatív gravitációs elmélet segítségével könnyen megmagyarázható a mért értékek eltérése – a Hubble-féle jitter eltűnik. A tanulmányt most tették közzé A Royal Astronomical Society (MNRAS) havi közleményei.

Az univerzum tágulásának megértése

Az univerzum tágulása miatt a galaxisok eltávolodnak egymástól. A sebesség, amellyel ezt teszik, arányos a köztük lévő távolsággal. Például, ha az A galaxis kétszer olyan messze van a Földtől, mint a B, akkor a tőlünk való távolsága is kétszer olyan gyorsan növekszik. Edwin Hubble amerikai csillagász az elsők között ismerte fel ezt az összefüggést.

Annak kiszámításához, hogy két galaxis milyen gyorsan távolodik el egymástól, tudni kell, milyen messze vannak egymástól. Ehhez azonban egy állandóra is szükség van, amellyel ezt a távolságot meg kell szorozni. Ez az úgynevezett Hubble-Lameter állandó, amely a kozmológia alapvető paramétere. Értéke meghatározható például az univerzum nagyon távoli régióinak megtekintésével. Ez körülbelül 244 000 kilométer per óra sebességet ad megaparsec Távolság (egy megaparsec valamivel több, mint hárommillió fényév).

(Kék; a sárga pontok az egyes galaxisokat jelölik.) A Tejút (zöld) egy olyan régióban található, ahol kevés az anyag. A buborékban lévő galaxisok nagyobb anyagsűrűség felé haladnak (piros nyilak). Ezért úgy tűnik, hogy az univerzum gyorsabban tágul a buborékon belül. A kép forrása: A.G. Krupa/Bonni Egyetem

Inkonzisztencia a mérésekben

„De megtekinthet olyan égi objektumokat is, amelyek sokkal közelebb vannak hozzánk – az úgynevezett 1A osztályú szupernóvákat, amelyek a felrobbanó csillagok sajátos típusai” – magyarázza Dr. Pavel Krupa professzor, a Helmholtz Sugárzási és Atommagfizikai Intézet munkatársa. Egyetemi. Bonni Egyetem. Nagyon pontosan meg lehet határozni az 1a szupernóva Földtől való távolságát. Azt is tudjuk, hogy a fényes tárgyak színe megváltozik, ahogy távolodnak tőlünk, és minél gyorsabban mozognak, annál erősebb a változás. Ez olyan, mint egy mentőautó, amelynek szirénái mélyebben szólalnak meg, ahogy távolodnak tőlünk.

Ha most kiszámítjuk az 1a szupernóva sebességét a színeltolódásuk alapján, és ezt a távolságukkal viszonyítjuk, akkor a Hubble-Lameter állandó más értékéhez jutunk – valamivel kevesebb mint 264 000 kilométer per óra per millió parszek távolság. „Úgy tűnik, hogy a világegyetem a közvetlen közelünkben – körülbelül hárommilliárd fényévnyi távolságban – gyorsabban tágul, mint egészében” – mondja Krupa. – És ennek tényleg nem szabadna így lennie.

Nemrég azonban megjelent egy megfigyelés, amely ezt megmagyarázhatja. Eszerint a Föld az űrnek egy olyan régiójában helyezkedik el, ahol viszonylag kevés az anyag, ami olyan, mint egy légbuborék a tortában. Az anyag sűrűsége nagyobb a buborék körül. Ebből a környező anyagból gravitációs erők lépnek fel, amelyek a buborékban lévő galaxisokat az üreg szélei felé húzzák. „Ez az oka annak, hogy a vártnál gyorsabban távolodnak el tőlünk” – magyarázza Dr. Indranil Banik, a St Andrews-i Egyetem munkatársa. Az anomáliák tehát egyszerűen a helyi „sűrűségcsökkenéssel” magyarázhatók.

Valójában egy másik kutatócsoport nemrégiben nagyszámú, 600 millió fényévnyire lévő galaxis átlagsebességét mérte meg. „Azt találták, hogy ezek a galaxisok négyszer gyorsabban távolodnak el tőlünk, mint amennyit a kozmológia standard modellje lehetővé tesz” – magyarázza Szergej Mazurenko, Krupa kutatócsoportjának munkatársa, aki részt vett a jelenlegi tanulmányban.

Buborék az univerzum tésztájában

Ennek az az oka, hogy a Standard Modell nem rendelkezik ilyen alacsony sűrűségről vagy „buborékokról” – ezeknek valójában nem kellene létezniük. Ehelyett az anyagot egyenletesen kell elosztani a térben. Ha azonban ez a helyzet, akkor nehéz lenne megmagyarázni azokat az erőket, amelyek a galaxisokat nagy sebességükre lökdösik.

„A standard modell Albert Einstein gravitáció természetére vonatkozó elméletén alapul” – mondja Krupa. „A gravitációs erők azonban másként viselkedhetnek, mint ahogy azt Einstein megjósolta.” A Bonni és a St Andrews Egyetem munkacsoportjai a gravitáció módosított elméletét alkalmazták számítógépes szimulációban. Ezt a „módosított newtoni dinamikát” (rövidítés: MOND) négy évtizeddel ezelőtt javasolta Dr. Mordehai Milgrom izraeli fizikus professzor. A mai napig külső elméletnek számít. „Számításaink szerint a MOND pontosan megjósolja az ilyen buborékok létezését” – mondja Krupa.

Ha azt feltételeznénk, hogy a gravitáció valójában Milgrom feltevései szerint viselkedik, a Hubble-feszültség megszűnne: valójában csak egy állandó lenne az univerzum tágulására, és a megfigyelt eltérések az anyag szabálytalan eloszlásából származnának.

Hivatkozás: „A Hubble-tenzor és a megfigyelt ömlesztett fluxus egyidejű felbontása 250 órán keresztül −1 megaparsec”, Szergej Mazurenko, Indranil Banik, Pavel Krupa és Moritz Hasselbauer, 2023. november 2., A Royal Astronomical Society havi közleményei.
doi: 10.1093/mnras/stad3357

A vizsgálatban a Bonni Egyetemen kívül a St. Andrews Egyetem (Skócia) és a Prágai Károly Egyetem (Csehország) is részt vett. A munkát a brit Science and Technology Facilities Council finanszírozta.